通信原理实验指导书(上)-仿真部分new

1、通 信 原 理实验指导书上册（仿真部分）计算机工程系通信教研室2008.9实验一 模拟线性调制系统仿真实验一、 实验目的1、 理解模拟线性调制的基本原理；2、 验证常规AM调制和DSB调制计算机仿真方法。二、 实验原理1AM调制原理任意AM已调信号可以表示为Sam(t)=c(t)m(t)当； 且A0不等于0时称为常规调幅，其时域表达式为：Acos(w0t)A0是外加的直流分量，f(t)是调制信号，它可以是确知信号也可以是随机信号，为方便起见通常设0为0。f(t)S(t)cos(w0t)要使输出已调信号的幅度与输入调制信号f(t)呈线性对应关系，应满足，否则会出现过调制现象。2DSB调制原理 在

2、常规调幅时，由于已调波中含有不携带信息的载波分量，故调制效率较低，为了提高调制效率，在常规调幅的基础上抑制载波分量，使总功率全部包含在双边带中，这种调制方式称为抑制载波双边带调制。任意DSB已调信号都可以表示为当； 且A0等于0时称为抑制载波双边带调制。其时域表达式为；频域表达式为：3SSB调制原理由于滤波法比较简单，主要介绍单边带的移相法形成原理及仿真。为简便起见，设调制信号为单边带信号f(t)=Amcosmt，载波为c(t)=cosct则调制后的双边带时域波形为：保留上边带，波形为：保留下边带，波形为：上两式中的第一项与调制信号和载波信号的乘积成正比，成为同相分量；而第二项的乘积则是调制信

3、号与载波信号分别移相900后想乘的结果，称为正交分量。原理图如下：移相-90o移相-90o0.5AmcosmtSSSB(t) cosct解调采用相干解调。三、实验内容1用MATLAB产生一个频率为1Hz、功率为1的余弦信号，设载波频率为10Hz，试画出：（1）DSB-SC调制信号；（2）调制信号的功率谱密度；（3）相干解调后的信号波形；2用MATLAB产生一个频率为1Hz、功率为1的余弦信号，设载波频率为10Hz，A=2，试画出：（1）AM调制信号；（2）调制信号的功率谱密度；（3）相干解调后的信号波形；参考代码：1% 显示模拟调制的波形及解调方法DSB，文件mdsb.m% 信源close a

4、ll; %关闭图形窗口clear all; %清除工作区变量dt=0.001; %时间采样间隔fm=1; %信源最高频率fc=10; %载波中心频率 T=5; %信号时长t=0:dt:T;mt=sqrt(2)*cos(2*pi*fm*t); %信源%DSB modulations_dsb=mt.*cos(2*pi*fc*t);B=2*fm;%noise=noise_nb(fc,B,N0,t);%s_dsb=s_dsb+noise;figure(1);subplot(3,1,1);plot(t,s_dsb);hold on; %画出DSB信号波形plot(t,mt,r-); %标示mt的波形ti

5、tle(DSB调制信号);xlabel(t);%DSB_demodulationrt=s_dsb.*cos(2*pi*fc*t); %相干解调输出信号 rt=rt-mean(rt); %mean(rt)返回向量rt的均值f,rf=T2F(t,rt); %自定义求信号频谱的函数t,rt=lpf(f,rf,fm); %自定义低通滤波函数subplot(3,1,2);plot(t,rt);hold on;plot(t,mt/2,r-);title(相干解调后的信号波形与输入信号的比较);xlabel(t);subplot(3,1,3);f,sf=T2F(t,s_dsb); psf=(abs(sf).

6、2)/T;plot(f,psf);axis(-2*fc 2*fc 0 max(psf);title(DSB信号功率谱);xlabel(f);functionf,sf=T2F(t,st) %利用DFT计算信号的频谱函数dt=t(2)-t(1);T=t(end);df=1/T;N=length(st);f=-N/2*df:df:N/2*df-df;sf=fft(st);sf=T/N*fftshift(sf); %把DFT的零频移动到频谱的中心functiont,st=F2T(f,sf) %计算信号的反傅立叶变换df=f(2)-f(1);Fmx=(f(end)-f(1)+df);dt=1/Fmx;N

7、=length(sf);T=dt*N;t=0:dt:T-dt;sff=fftshift(sf);st=Fmx*ifft(sff);functiont,st=lpf(f,sf,B)df=f(2)-f(1);T=1/df;hf=zeros(1,length(f); %产生1行N列的零矩阵bf=-floor(B/df):floor(B/df)+floor(length(f)/2);hf(bf)=1;yf=hf.*sf;t,st=F2T(f,yf);st=real(st);2文件mam.ms_am=(A+mt).*cos(2*pi*fc*t); %AM 已调信号实验二 模拟角度调制系统及眼图仿真实验一

8、、 实验目的1、理解调频的基本原理；2、熟悉调频信号的产生及解调的计算机仿真方法；3、理解数字基带信号的波形特点及眼图的仿真方法。二、 实验原理1、FM原理在连续波调制中，载波可表示为： 其中幅度A、角频率和相位这三个参数都可以用来携带信息而构成调制信号。如果幅度A和角频率保持不变，而瞬时角频率是调制信号f(t)的线性函数时，这种调制方式称为频率调制。此时瞬时角频率偏移为 瞬时角频率为 式中KF称为频偏常数，有时也称为调频器的灵敏度，单位为Hz/V。调频波的瞬时相位为 因此，调频波的时间表示为 调频信号的鉴频法解调（微分+包络解调）：通过包络解调后得到f(t). 调频信号的带宽： ， 2、基带

9、信号眼图所谓眼图就是指示波器显示的图形，因为在传输二进制信号波形时，它很象人的眼睛。一个系统在传输时要使其传输特性完全符合理想情况是困难的，甚至是不可能的。由于码间干扰问题与滤波器特性、信道特性等因素有关，因而计算由于这些因素所引起的误码率就非常困难，尤其在信道特性不能完全确知的情况下，甚至得不到一种合适的定量分析。在码间干扰和噪声同时存在的情况下，系统性能的定量分析，就是想得到一个近似的结果都是非常复杂的。所以我们就用眼图的方法估计出性能的优劣程度。方法如下图： 示波器PN 序列低通滤波器三、实验内容1、设输入信号为,载波中心频率fc=10Hz，调频器的压控振荡系数为5Hz/V，载波平均功率

10、为1W。（1）画出该调频信号的波形；（2）求出该调频信号的幅度谱；（3）用鉴频器解调该调频信号，并与输入信号比较。参考代码：9close all; %关闭图形窗口clear all; %清除工作区变量Kf=5;fc=10; %载波中心频率 T=5; %信号时长dt=0.001; %时间采样间隔t=0:dt:T;%信源fm=1; %信源最高频率mt=cos(2*pi*fm*t); %FM modulationA=sqrt(2);mti=1/2/pi/fm*sin(2*pi*fm*t); %mt的积分函数st=A*cos(2*pi*fc*t+2*pi*Kf*mti);figure(1);subpl

11、ot(3,1,1);plot(t,st);hold on; %画出FM信号波形plot(t,mt,r-); %标示mt的波形title(FM信号);xlabel(t);ylabel(调频信号);subplot(3,1,2);f,sf=T2F(t,st);plot(f,abs(sf);axis(-25 25 0 2);xlabel(f);ylabel(调频信号幅度谱);%FM demodulationfor k=1:length(st)-1 rt(k)=(st(k+1)-st(k)/dt;endrt(length(st)=0;subplot(3,1,3);plot(t,rt);hold on;p

12、lot(t,A*2*pi*Kf*mt+A*2*pi*fc,r-);xlabel(t);ylabel(调频信号微分后包络);2、设基带传输系统响应是升余弦滚降系统，画出在接收端的基带数字信号波形及其眼图。参考代码：Ts=1;N_sample=17; %每个码元的抽样点数eye_num=7;alpha=1;N_data=1000;dt=Ts/N_sample;%抽样时间间隔t=-3*Ts:dt:3*Ts; %产生双极性数字信号d=sign(randn(1,N_data);%双极性NRZ信号dd=sigexpand(d,N_sample);%双极性RZ信号t1=0:dt:N_data*Ts-dt;%

13、基带系统冲击响应ht=sinc(t/Ts).*(cos(alpha*pi*t/Ts)./(1-4*alpha2*t.2/Ts2+eps);st=conv(dd,ht);%17102点tt=-3*Ts:dt:(N_data+3)*N_sample*dt-dt; figure(1);subplot(411);plot(t1,dd);axis(0 20 -1.2 1.2);subplot(412);plot(t,ht);axis(-3 3 -0.5 1.2);subplot(413);plot(tt,st);axis(0 20 -1.2 1.2);xlabel(t/Ts);ylabel(基带信号);

14、%画眼图subplot(414);ss=zeros(1,eye_num*N_sample); ttt=0:dt:eye_num*N_sample*dt-dt;for k=3:50 ss=st(k*N_sample+1:(k+eye_num)*N_sample); %drawnow; %实现实时作图 plot(ttt,ss);hold on;end%plot(ttt,ss);xlabel(t/Ts);ylabel(基带信号眼图);实验三 数字调制系统仿真实验一、实验目的1、熟悉数字调制通信系统各级信号的波形；2、理解数字信号在带通信道传输过程中的变换过程；3、理解数字信号的调制解调原理。二、实验

15、原理1、二进制数字基带信号及其功率谱 实际中遇到的基带信号都是一个随机脉冲序列，一般可表示为：=式中，为第n个码元对应的电平值（0，+1或-1，+1等），为某种脉冲波形。一般情况下基带信号的功率谱包含连续谱和离散谱部分：2、ASK调制最简单的ASK调制是载波在二进制调制信号1或0控制下通或断，这种二进制幅度键控方式称为通断键控（OOK），OOK信号表达式： 3、FSK调制FSK是用数字基带信号去调制载波的频率。因为数字信号的电平是离散的，所以，载波频率的变化也是离散的。在本实验中，二进制基带信号是用正负电平表示。对于2FSK，载波频率随着调制信号1或-1而变，1对映于载波频率f1 , -1对映

16、于载频f2 。4、PSK调制 二进制相移键控（2PSK）就是根据数字基带信号的两个电平，使载波相位在两个不同的数值之间切换的一种相位调制方法。通常，两个载波相位相差弧度 ，故有时又称为反相键控（PRK）。2PSK信号形式一般表示为： 三、实验内容1、用Matlab产生独立等概的二进制信源；2、画出OOK信号波形及其功率谱；3、画出2PSK信号波形及其功率谱；4、画出2FSK信号波形及其功率谱。参考代码：A=1;Ts=1; %1BandN_sample=8; %每个码元的抽样点数N=500; %码元数fc=2;dt=Ts/fc/N_sample;%抽样时间间隔t=0:dt:N*Ts-dt; Lt

17、=length(t);%产生二进制信源d=sign(randn(1,N); %随机序列（+1表示1，-1表示0）,d1=(d+1)/2; %(d+1)/2随机序列（0、1组成）1*500dd=sigexpand(d1,fc*N_sample); %对d1序列间隔插入fc*N_sample-1个0，1*8000 gt=ones(1,fc*N_sample); %单极性NRZ波形（表示信息码元单个脉冲的波形），1*16figure(1);subplot(2,2,1);d_NRZ=conv(dd,gt); % 卷积后得到数字基带信号（单极性NRZ波形），1*8015plot(t,d_NRZ(1:le

18、ngth(t);grid; axis(0 10 0 1.2);ylabel(输入信号);subplot(2,2,2);f,d_NRZf=T2F(t,d_NRZ(1:length(t);plot(f,10*log10(abs(d_NRZf).2/Ts);grid;axis(-2 2 -50 50);ylabel(输入信号功率谱密度);%OOK信号ht=A*cos(2*pi*fc*t);s_2ask=d_NRZ(1:Lt).*ht;subplot(223)plot(t,s_2ask);axis(0 10 -1.2 1.2);ylabel(OOK);subplot(2,2,4);f,s_2askf=

19、T2F(t,s_2ask);plot(f,10*log10(abs(s_2askf).2/Ts);grid;axis(-fc-4 fc+4 -50 20);ylabel(OOK功率谱密度);%2PSK信号figure(2);d_2psk=2*d_NRZ-1;s_2psk=d_2psk(1:Lt).*ht;subplot(221)plot(t,s_2psk);axis(0 10 -1.2 1.2);ylabel(2PSK);subplot(2,2,2);f,s_2pskf=T2F(t,s_2psk);plot(f,10*log10(abs(s_2pskf).2/Ts);grid;axis(-fc

20、-4 fc+4 -50 20);ylabel(2PSK功率谱密度);%2FSK信号d_2fsk=2*d_NRZ-1;s_2fsk=A*cos(2*pi*fc*t+2*pi*d_2fsk(1:length(t).*t);subplot(223)plot(t,s_2fsk);axis(0 10 -1.2 1.2);ylabel(2FSK);subplot(2,2,4);f,s_2fskf=T2F(t,s_2fsk);plot(f,10*log10(abs(s_2fskf).2/Ts);grid;axis(-fc-4 fc+4 -50 20);ylabel(2FSK功率谱密度);实验四 取样与重建一

21、、实验目的理解取样定理及模拟信号数字化传输的过程。二、实验原理抽样定理是模拟信号数字化传输的理论基础，它告诉我们：如果对某一带宽的有限时间连续信号（模拟信号）进行抽样，且在抽样率达到一定数值时，根据这些抽样值可以在接收端准确地恢复原信号。也就是说，要传输模拟信号不一定传输模拟信号本身，只需传输按抽样定理得到的抽样值就可以了。均匀抽样定理指出：对一个频带限制在（0，fH）内的时间连续信号m(t)，如果以1/(2 fH)的间隔对其进行等间隔抽样，则m(t)将所得到的抽样值完全确定。即抽样速率大于等于信号带宽的两倍就可保证不会产生信号的混迭。1/(2fH)是抽样的最大间隔，也称为奈奎斯特间隔。我们用乘法器代替抽样器，用矩形脉冲做为抽样脉冲，用于恢复信号的低通滤波器采用三阶巴特沃兹(Butterworth)低通滤波器。原理图如下： 恢复信号低通滤波器信号源 抽